Lưu ý của biên tập viên: Bài viết này là của Hash Future, tác giả: Chen Zhijia, Meng Yize, Jiang Zewu, được xuất bản với sự cho phép.

Kể từ khi bitcoin đầu tiên được khai thác vào năm 2009, ngành công nghiệp blockchain đã dần dần mở rộng thành một thị trường toàn cầu rộng lớn. Ngoài BTC, các dự án chuỗi khối khác nhau như LTC, ETH và EOS đang nổi lên vô tận. Hiện tại, có hơn 110.000 dự án mã thông báo ERC20 chỉ riêng trên Ethereum; và có vô số công ty đã phát hành sách trắng của dự án.

Thuật toán đồng thuận POW (Proof of Work)

Bitcoin triển khai hệ thống thanh toán điện tử điểm-điểm và sự ra đời của hệ thống phân tán này phụ thuộc vào thuật toán đồng thuận POW (bằng chứng công việc) của nó. Hiện tại, phần lớn các dự án blockchain với chuỗi chính vẫn sử dụng POW hoặc thuật toán đồng thuận POW cải tiến và chỉ một số dự án sử dụng các thuật toán như POS (Proof of Equity) hoặc DPOS (Proxy Proof of Equity).

POW mang đến cơ chế tạo đồng thuận ngắn gọn và hiệu quả cho sổ cái phân tán, nhưng nó cũng tạo ra một số vấn đề: trong quá trình tính toán hàm băm, rất nhiều năng lượng bị lãng phí——

Theo báo cáo, vào năm 2017, lượng điện lãng phí do khai thác Bitcoin đã vượt quá mức tiêu thụ điện hàng năm của Đan Mạch. [1] Ngoài ra, do sự ra đời của các loại chip như ASIC, Bitcoin cũng đang phải đối mặt với thách thức về việc tăng cường tập trung hóa. Trạng thái hiện tại của Bitcoin đã đi một chặng đường dài từ những thiết kế ban đầu của Satoshi Nakamoto.

Cơ chế POS và DPOS cũng có vấn đề về tập trung hóa và quy trình bỏ phiếu thường rườm rà, cả hai rõ ràng không phải là giải pháp tốt nhất. Điều đáng nói là đã có một số dự án blockchain trên thị trường áp dụng các kế hoạch như "giao dịch là khai thác", "khóa là khai thác", "bảo hiểm là khai thác" và "khai thác là khai thác".Nhưng về bản chất, các dự án này chỉ phát hành mã thông báo ERC20 trên Ethereum. Vì không có chuỗi chính, các dự án này không yêu cầu cơ chế đồng thuận; cái gọi là kế hoạch khai thác về cơ bản là một kế hoạch airdrop, là một phương pháp khuyến khích và không có kết nối cần thiết với công nghệ cốt lõi của chuỗi khối.

Để thực sự giải quyết các vấn đề lãng phí năng lượng và tập trung hóa bắt nguồn từ POW, đồng thời phát triển các giải pháp khai thác đa dạng, ít nhất cần giải quyết một loạt vấn đề kỹ thuật sau:

(1) Nếu nó không tiêu tốn nhiều công sức, thì đâu là bằng chứng cho thấy người dùng đã trả giá?

(2) Bằng chứng này được xác minh như thế nào?

(3) Làm thế nào để xác định người chiến thắng trong cuộc thi khai thác?

(4) Làm thế nào để tránh sự phân nhánh của chuỗi chính, v.v.?

Bằng chứng về không gian, bằng chứng về không gian

Trong quá trình tiến bộ công nghệ, sơ đồ PoSpace đã có những khám phá quan trọng. PoSpace là Proof of Space, bằng chứng về không gian. PoSpace dự định thay thế cơ chế PoW trong Bitcoin và trở thành một loại giải pháp cơ chế đồng thuận mới.

Giải pháp này đã được triển khai trong một số dự án blockchain. Nó lấy dung lượng đĩa cứng do người dùng thanh toán làm bằng chứng thanh toán và chiếm dung lượng đĩa cứng bằng cách tải xuống các tệp. Dung lượng chiếm dụng càng lớn, thanh toán của người dùng càng lớn.

PoSpace có thể mang lại những lợi ích sau: giảm đáng kể sự lãng phí tài nguyên; sau khi người dùng trả tiền cho dung lượng ổ cứng cùng một lúc, không cần trả thêm tiền cho lần khai thác tiếp theo, v.v. Theo tính toán của một số đội, hành vi của người dùng trong PoSpace có thể được coi là một mô hình trò chơi mở rộng, theo thời gian, ngày càng nhiều người dùng tham gia. [1]

Để giải quyết vấn đề giả mạo dung lượng đĩa cứng, PoSpace chia các nút thành hai vai trò: người xác nhận và người xác minh. Người chứng minh là một nút thông thường và cần lưu trữ dữ liệu thông tin lớn (chẳng hạn như 100G), trong khi người xác minh lưu trữ cơ sở dữ liệu và một phần nhỏ thông tin được lưu trữ của người chứng minh để xác minh.

Khi người dùng/người chứng nhận lần đầu tiên tham gia mạng, anh ta cần lưu trữ một số dữ liệu với trình tự cụ thể theo không gian lưu trữ đã chọn (dữ liệu được lưu trữ được xác định bởi khóa chung của người dùng, vì vậy dữ liệu của mỗi người dùng là khác nhau) . Những dữ liệu này được lưu trữ trong cấu trúc đồ thị tuần hoàn có hướng và mối quan hệ liên kết giữa mỗi khối dữ liệu được gửi đến trình xác minh dưới dạng cây Merkle.

Bằng cách này, người xác minh có thể biết dữ liệu nào được lưu trữ bởi người xác minh từ khóa chung và cấu trúc trong đó dữ liệu được lưu trữ từ cây Merkle đã gửi.

Trong giai đoạn xác minh, người xác minh gửi một "thử thách" cho người chứng minh. Thách thức đối với người chứng minh là lưu trữ một số kết hợp ngẫu nhiên của các khối dữ liệu. Người chứng minh cần tạo giá trị băm tương ứng với dữ liệu được kết hợp theo thông tin thử thách và gửi lại cho người xác minh, người sẽ xác minh xem giá trị băm có chính xác hay không.

Vì thử thách là sự kết hợp dữ liệu ngẫu nhiên nên dữ liệu hơi khác một chút sẽ dẫn đến các giá trị băm hoàn toàn khác nhau. Do đó, người chứng minh thực sự phải lưu trữ khối dữ liệu được chỉ định bởi "thử thách" để tạo ra giá trị băm chính xác. Vì người xác minh đã lưu trữ một cơ sở dữ liệu hoàn chỉnh nên anh ta cũng có thể xác minh giá trị băm do người xác minh gửi lại.

Có thể người chứng minh chỉ lưu trữ một phần nhỏ dữ liệu và vẫn vượt qua thử thách của người xác minh (phần nhỏ dữ liệu được người chứng minh lưu trữ tình cờ bao gồm tổ hợp dữ liệu có trong thử thách). Tuy nhiên, khi quá trình "thử thách" được lặp đi lặp lại nhiều lần, khả năng người châm ngôn tạo ra phản hồi chính xác bằng cách lưu trữ một lượng nhỏ dữ liệu giảm xuống đáng kể.

Do đó, có thể tránh được hành vi gian dối của người chứng minh bằng nhiều lần xác minh. Đây là quá trình xác nhận không gian trong PoSpace.

Giải pháp cho "chức năng khối lượng"

Với phương pháp xác minh không gian lưu trữ của người dùng, vẫn có một số cách để xác định người chiến thắng trong cuộc thi khai thác. Một cách hợp lý hơn là những người khai thác có không gian lưu trữ lớn hơn có nhiều khả năng giành chiến thắng trong cuộc cạnh tranh khai thác. PoSpace đạt được mục tiêu này bằng cách thiết kế một "chức năng chất lượng".

"Hàm chất lượng" cần duy trì một mức độ ngẫu nhiên nhất định, đồng thời phân biệt xác suất chiến thắng của mỗi người khai thác theo quy mô của không gian đóng góp. Do đó, một phương pháp đơn giản hóa là đáp ứng thách thức của người xác minh và giá trị băm (một chuỗi số) do người khai thác cung cấp được sử dụng trực tiếp dưới dạng một lượng ngẫu nhiên và chuỗi số được tăng hoặc giảm theo không gian bị chiếm bởi người khai thác. Ví dụ: nếu tổng dung lượng lưu trữ của các công cụ khai thác là N, thì giá trị băm được bình phương N lần để thu được hàm chất lượng. Theo cách này, không gian lưu trữ của các công cụ khai thác càng lớn thì giá trị của hàm chất lượng càng nhỏ. Chúng ta có thể quy định rằng trong một cuộc thi khai thác duy nhất, người khai thác có hàm khối lượng nhỏ nhất sẽ thắng.

Nhưng vẫn còn một vấn đề tại thời điểm này:

Vì những người khai thác không cần thực hiện các khoản thanh toán tiếp theo trong quá trình khai thác sau khi trả tiền cho dung lượng đĩa cứng cùng một lúc, nên không có chi phí để tham gia cuộc thi khai thác và hầu như không có chi phí cho nhánh chuỗi chính. Để tránh sự hỗn loạn như chi tiêu gấp đôi do các nhánh ngẫu nhiên của người khai thác gây ra, chúng ta vẫn cần một quy tắc để xác định rằng một chuỗi nhất định là chuỗi duy nhất và tất cả người dùng chỉ ghi lại chuỗi duy nhất này, đó là sự đồng thuận thực sự.

Vì mỗi khối được khai thác bởi công cụ khai thác có "hàm khối lượng" nhỏ nhất, nên ý tưởng tự nhiên là sử dụng hàm chất lượng để xác định chuỗi chính duy nhất. Chúng tôi đặt một đại lượng i và quy định rằng hàm khối lượng của i khối trước đó từ khối mới nhất được thêm vào để có được hàm khối lượng tổng của chuỗi. Chuỗi có hàm tổng chất lượng nhỏ nhất có thể được xác định là chuỗi chính. Trên cơ sở này, để nhấn mạnh rằng các khối sớm hơn chiếm tỷ lệ cao hơn, có thể thêm chức năng giảm giá để giảm các khối sớm (để nâng cao tầm quan trọng của nó ).

tóm tắt

tóm tắt

PoSpace sử dụng không gian đĩa cứng vật lý làm bằng chứng thanh toán, giải quyết vấn đề liên tục lãng phí một lượng lớn tài nguyên bằng Bitcoin, đồng thời có thể thiết lập một hệ thống thanh toán điện tử có chức năng tương tự như Bitcoin.

PoSpace có thể được coi là một bước tiến lớn của cơ chế đồng thuận dựa trên POW. Nhưng đồng thời, vẫn còn một số vấn đề trong PoSpace: ví dụ, việc giới thiệu vai trò của người kiểm tra làm tăng rủi ro của hệ thống; cách thiết kế và sắp xếp người kiểm tra vẫn là một vấn đề; có nguy cơ tập trung hóa bằng chứng là dung lượng ổ cứng , bởi vì một số ít người có thể sử dụng nguồn tài chính khổng lồ để mua một lượng lớn dung lượng ổ cứng, tiếp tục độc quyền khai thác và gây ra các "cuộc tấn công 51%" tương tự. Tầm nhìn của Satoshi Nakamoto về "một con chip CPU đại diện cho một cá nhân và mỗi cá nhân đều có cơ hội khai thác như nhau" vẫn khó thành hiện thực.

Nhưng phải nói rằng các ý tưởng của PoSpace đã mang lại cho chúng tôi rất nhiều cảm hứng, chẳng hạn như xác minh mức giá mà người dùng phải trả một cách ngẫu nhiên; xác định cách để giành chiến thắng trong cuộc cạnh tranh khai thác bằng cách thiết kế chức năng chất lượng khối; phân nhánh chuỗi chính, vân vân. Theo dòng suy nghĩ này, chúng tôi hoàn toàn có thể phát triển các cơ chế đồng thuận thích ứng với các tình huống sử dụng khác nhau, chẳng hạn như "Bằng chứng về sự chú ý", "Bằng chứng về thời gian", v.v.

người giới thiệu:

người giới thiệu:

[1]Park S, Pietrzak K, Alwen J, et al. Spacecoin: A cryptocurrency based on proofs of space[R]. IACR Cryptology ePrint Archive 2015, 2015. 

[2] Dziembowski S, Faust S, Kolmogorov V, et al. Proofs of space[C]//Annual Cryptology Conference. Springer, Berlin, Heidelberg, 2015: 585-605.